CN109256670B - 一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器 - Google Patents
一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109256670B CN109256670B CN201811449069.7A CN201811449069A CN109256670B CN 109256670 B CN109256670 B CN 109256670B CN 201811449069 A CN201811449069 A CN 201811449069A CN 109256670 B CN109256670 B CN 109256670B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circular cone
- gyrotropi crystal
- laser
- crystal circular
- glass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/10061—Polarization control
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，包括从左至右依次设置的半导体激光阵列(1)、耦合光学系统(2)、平面镜(3)、激光增益介质(4)、旋光晶体圆锥(5)和玻璃圆锥(6)；所述平面镜(3)作为输入镜，玻璃圆锥(6)作为输出耦合镜；并由平面镜(3)与玻璃圆锥(6)构成激光谐振腔，所述旋光晶体圆锥(5)和玻璃圆锥(6)构成望远系统。本发明利用旋光晶体圆锥和玻璃圆锥的组合，获得了具有较大暗斑尺寸和高偏振纯度的本征态空心激光束，光束能量集中在光环外侧且偏振方向从光环外侧向内侧连续旋转。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器。
背景技术
激光器输出的光束一般为线偏振或非偏振光，然而，在相同的条件下进行激光加工，金属材料对含有多种线偏振态光束比单一线偏振光束或非偏振光束有更高的能量吸收效率。因此，利用多偏振态的光束可以提高金属材料的加工效率。
目前，利用光束整形方法产生含有多种线偏振态的光束，例如利用相位延迟器、液晶偏振转换器以及亚波长介质光栅等器件可以把线偏振光转换成含有多种线偏振态的光束。然而，利用光束整形方法是被动选择光束的偏振态，绝大部分原始光束被损耗掉，光束的转换效率较低，并且这些方法对初始光束质量要求也较高。此外，在激光谐振腔插入模式选择器、光子晶体光栅等器件等模式选择器件也获得了多种线偏振态的光束。然而，利用在谐振腔内插入模式选择器件所产生的多种线偏振态光束中心理论上仅一点光强为零，在光束横截面的中心存在相位和偏振不确定，会产生相位奇变点和偏振奇异点，严重影响了光束在光学捕获、光学囚禁和被动光学测量等领域的推广和应用。此外，模式选择器件对腔内光束要求高以及对热透镜效应非常敏感，很难获得高激光偏振纯度本征态激光。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，利用旋光晶体圆锥和玻璃圆锥的组合，获得了具有较大暗斑尺寸和高偏振纯度的本征态空心激光束，光束能量集中在光环外侧且偏振方向从光环外侧向内侧连续旋转。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，包括从左至右依次设置的半导体激光阵列、耦合光学系统、平面镜、激光增益介质、旋光晶体圆锥和玻璃圆锥；所述平面镜作为输入镜，玻璃圆锥作为输出耦合镜；并由平面镜与玻璃圆锥构成激光谐振腔。
进一步地，所述半导体激光阵列、耦合光学系统、平面镜、激光增益介质、旋光晶体圆锥和玻璃圆锥的中心位于同一水平轴线上。
进一步地，所述旋光晶体圆锥和玻璃圆锥构成望远系统，旋光晶体圆锥的顶角α与玻璃圆锥的顶角β满足如下条件：(nc-1)(π-2β)＝(ng-1)(π-2α)，其中，nc和ng为旋光晶体圆锥的折射率，ng为玻璃圆锥的折射率。
进一步地，所述旋光晶体圆锥由石英晶体制成，其底面靠近激光增益介质所在的一侧，顶角α靠近于玻璃圆锥所在的一侧；旋光晶体圆锥的光轴方向垂直于其底面，顶角α处于30°～90°的范围内，旋光晶体圆锥的顶角α到底面的距离d1处于5～28mm之间。
进一步地，所述玻璃圆锥由K9玻璃制成，其顶角β与旋光晶体圆锥的顶角α正对，玻璃圆锥的顶角β处于24°～84°范围内，且玻璃圆锥的顶角β到底面的距离d2处于10～20mm之间。
进一步地，所述平面镜对泵浦波长镀增透膜，同时对激光波长镀高反射膜；所述激光增益介质对泵浦波长镀增透膜；所述旋光晶体圆锥对激光波长镀增透膜；所述玻璃圆锥母线面对激光波长镀增透膜，其底面对激光波长镀透过率为10％的介质膜。
本发明的有益效果是：本发明利用旋光晶体圆锥和玻璃圆锥的组合，获得了具有较大暗斑尺寸和高偏振纯度的本征态空心激光束，光束能量集中在光环外侧且偏振方向从光环外侧向内侧连续旋转。
附图说明
图1为本发明的激光器结构示意图；
图2为旋光晶体圆锥截面示意图；
图3为玻璃圆锥截面示意图；
图4为晶体的旋光原理图；
图5为旋光晶体圆锥的输出光束特性原理图；
图6为连续旋转偏振激光束的截面示意图；
图中，1-半导体激光阵列，2-耦合光学系统，3-平面镜，4-激光增益介质，5-旋光晶体圆锥，6-玻璃圆锥。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，其特征在于：包括从左至右依次设置的半导体激光阵列1、耦合光学系统2、平面镜3、激光增益介质4、旋光晶体圆锥5和玻璃圆锥6；所述平面镜3作为输入镜，玻璃圆锥6作为输出耦合镜；并由平面镜3与玻璃圆锥6构成激光谐振腔。
其中，所述半导体激光阵列1、耦合光学系统2、平面镜3、激光增益介质4、旋光晶体圆锥5和玻璃圆锥6的中心位于同一水平轴线上。
半导体激光阵列1发出的激光束，经耦合光学系统2采用端面泵浦方式经过平面镜3将泵浦光束注入到激光增益介质4内；如图2所示，旋光晶体圆锥5由石英晶体制成，其锥角为α，且光轴方向垂直于其底面；如图3所示，玻璃圆锥6采用K9玻璃制成，其锥角为β，当两个锥角满足如下条件时：
(nc-1)(π-2β)＝(ng-1)(π-2α)
两个圆锥构成望远系统，其中，nc和ng为旋光晶体圆锥5的折射率，ng为玻璃圆锥6的折射率，平面镜3与玻璃圆锥6构成激光谐振腔。
当一定波长的线偏振光沿着晶体光轴方向通过时，其振动面会转动一个角度θ；如图4所示，光矢量转过的角度θ与该通过物质的距离d成正比：
θ＝kd，
其中，k为旋光晶体的旋光本领，可以看出，光通过旋光晶体圆锥5的距离d不同，光矢量的旋转角θ也不同。如图5所示，当线偏振光通过旋光晶体圆锥5时，出射光束通过旋光晶体圆锥5的距离仅在垂轴截面上与母线相交处相等，即仅在垂轴截面所构成虚线圆处相等。由于在不同圆处光束通过旋光晶体圆锥5的距离不同，因此出射的光束的偏振方向不同，光束的偏振方向从光环外侧向内侧呈线偏振连续旋转。
在本申请的实施例中，所述旋光晶体圆锥5的底面靠近激光增益介质4所在的一侧，顶角α靠近于玻璃圆锥6所在的一侧；所述玻璃圆锥6的顶角β与旋光晶体圆锥5的顶角α正对；
在本申请的实施例中，泵浦波长(即泵浦源的输出光波长)为808nm，激光波长(即激光器的输出光波长)为1064nm；具体地，泵浦源(即半导体激光阵列1)采用输出波长为808nm光纤耦合二极管阵列的半导体激光器；光学耦合系统2采用芯直径为400μm的光纤和一对凸面相对且焦距为20mm平凸透镜组成，将泵浦源输出的功率注入到激光增益介质4中，具体地，泵浦源通过光纤将泵浦光垂直入射到两个平凸透镜中，泵浦光通过平凸透镜后耦合后，经平面镜3注入激光增益介质4中；平面镜3作为输入镜对808nm波长镀增透膜，同时对1064nm波长镀高反射膜；激光增益介质4采用3mm×3mm×5mm、a轴切割、0.4at.％钕离子掺杂浓度的钒酸钇(Nd:YVO4)晶体，对泵浦模块和Nd:YVO4进行TEC致冷，Nd:YVO4为偏振发射晶体，沿着a轴切割的Nd:YVO4晶体使腔内光束的偏振态为水平方向。激光增益介质4对808nm镀增透膜；旋光晶体5的锥角α取66°，玻璃圆锥6的锥角为57°。旋光晶体圆锥5对1064nm波长镀增透膜，玻璃圆锥6母线面对1064nm波长镀增透膜，底面对1064nm波长镀透过率为10％的介质膜。旋光晶体圆锥5的底面到顶点得距离d1＝14mm，玻璃圆锥6的底面到顶点得距离d2＝20mm，此条件下由θ＝kd可得从玻璃圆锥6底面处圆环光束的偏振态为水平偏振光，通过锥角处光束的偏振态旋转了90°，变为垂直偏振(对1064nm石英晶体的旋光率为6.4°/mm)，经输出耦合镜输出；如图6所示，激光器输出了波长1064nm的光束，光束偏振方向从光环外侧的水平方向向内侧连续旋转到了垂直方向，且光束内外侧强度发生了交换，光束截面中心还有较大暗斑尺寸。
综上，本发明利用旋光晶体圆锥和玻璃圆锥的组合，获得了具有较大暗斑尺寸和高偏振纯度的本征态空心激光束，光束能量集中在光环外侧且偏振方向从光环外侧向内侧连续旋转。在具体应用过程中，由于输出光束具有较大的暗斑尺寸，故可在光学捕获、光学囚禁和生物光镊等领域有重要应用前景；光束能量集中于光环外侧，可用于激光加工，例如激光加工打孔；比现有激光束具有更高的偏振纯度，金属材料对连续旋转偏振激光吸收效率高于现有多种线偏振态激光束，可提高对金属材料的加工效率。
需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，其特征在于：包括从左至右依次设置的半导体激光阵列(1)、耦合光学系统(2)、平面镜(3)、激光增益介质(4)、旋光晶体圆锥(5)和玻璃圆锥(6)；所述平面镜(3)作为输入镜，玻璃圆锥(6)作为输出耦合镜；并由平面镜(3)与玻璃圆锥(6)构成激光谐振腔；
所述半导体激光阵列(1)、耦合光学系统(2)、平面镜(3)、激光增益介质(4)、旋光晶体圆锥(5)和玻璃圆锥(6)的中心位于同一水平轴线上；
所述旋光晶体圆锥(5)和玻璃圆锥(6)构成望远系统，旋光晶体圆锥(5)的顶角α与玻璃圆锥(6)的顶角β满足如下条件：(nc-1)(π-2β)＝(ng-1)(π-2α)，其中，nc为旋光晶体圆锥(5)的折射率，ng为玻璃圆锥(6)的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，其特征在于：所述旋光晶体圆锥(5)由石英晶体制成，其底面靠近激光增益介质(4)所在的一侧，顶角α靠近于玻璃圆锥(6)所在的一侧；旋光晶体圆锥(5)的光轴方向垂直于其底面，顶角α处于30°～90°的范围内，旋光晶体圆锥(5)的顶角α到底面的距离d1处于5～28mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，其特征在于：所述玻璃圆锥(6)由K9玻璃制成，其顶角β与旋光晶体圆锥(5)的顶角α正对，玻璃圆锥(6)的顶角β处于24°～84°范围内，且玻璃圆锥(6)的顶角β到底面的距离d2处于10～20mm之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，其特征在于：所述平面镜(3)对泵浦波长镀增透膜，同时对激光波长镀高反射膜。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，其特征在于：所述激光增益介质(4)对泵浦波长镀增透膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，其特征在于：所述旋光晶体圆锥(5)对激光波长镀增透膜。
7.根据权利要求1所述的一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器，其特征在于：所述玻璃圆锥(6)母线面对激光波长镀增透膜，其底面对激光波长镀透过率为10％的介质膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811449069.7A CN109256670B (zh) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811449069.7A CN109256670B (zh) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109256670A CN109256670A (zh) | 2019-01-22 |
| CN109256670B true CN109256670B (zh) | 2019-08-27 |
Family
ID=65042475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811449069.7A Expired - Fee Related CN109256670B (zh) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109256670B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109510056B (zh) * | 2019-01-24 | 2019-10-01 | 云南大学 | 一种同时输出的双波长空心激光器 |
| CN114336241B (zh) * | 2021-12-30 | 2024-01-05 | 云南大学 | 一种基于电光晶体轴锥的可调谐空心激光器 |
-
2018
- 2018-11-30 CN CN201811449069.7A patent/CN109256670B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109256670A (zh) | 2019-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101562310B (zh) | 被动锁模皮秒激光器 | |
| CN109217096B (zh) | 一种基于电光晶体的可调偏振双半反高斯空心调q激光器 | |
| CN104901155B (zh) | 一种高功率光纤激光泵浦光耦合与信号光扩束输出装置 | |
| CN101764348B (zh) | 半导体泵浦紫外激光器 | |
| CN109256670B (zh) | 一种基于旋光晶体圆锥连续旋转偏振的大暗斑空心激光器 | |
| CN104659643B (zh) | 一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器 | |
| CN105071217B (zh) | 一种自倍频全固态黄光激光器 | |
| CN107681426A (zh) | 一种偏振连续可调的柱对称矢量光固体激光器 | |
| Lü et al. | Diode-pumped Nd: LuVO 4-Nd: YVO 4 laser at 492 nm with intracavity sum-frequency-mixing in LiB 3 O 6 | |
| CN101719625B (zh) | 高重复频率窄脉宽半导体泵浦绿激光器 | |
| CN109167248B (zh) | 一种非均匀正交偏振空心圆环激光器 | |
| CN100470966C (zh) | 端面泵浦风冷激光器 | |
| CN106785872A (zh) | 基于锥形折射环形光泵浦的拉盖尔-高斯光束固体激光器 | |
| CN104409957B (zh) | 一种窄线宽2μm激光器装置 | |
| CN203895739U (zh) | 一种用于产生高平均功率准连续脉冲绿光激光的装置 | |
| CN109510056A (zh) | 一种同时输出的双波长空心激光器 | |
| CN109659803B (zh) | 一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器 | |
| CN114784606A (zh) | 拉盖尔高斯光束产生装置及方法 | |
| CN104577681A (zh) | 一种轴锥体、光学谐振腔及激光器 | |
| CN103746282A (zh) | 激光器 | |
| CN208707068U (zh) | 一种功率比例及脉冲间隔可调的双波长光参量振荡器 | |
| Sun et al. | Continuous-wave dual-wavelength operation of a diode-end-pumped Nd: GGG laser | |
| CN101938082B (zh) | 一种低功率的绿光激光笔 | |
| CN103887696A (zh) | 输出切向偏振光束的激光器 | |
| CN203521886U (zh) | 一种轴锥体、光学谐振腔及激光器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190827 Termination date: 20201130 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |